加速度转力:一次碰撞到底加载了多少
这个计算在做什么
它把加速度乘以被加速的质量,得到产生这个加速度所需的力。75 千克的乘员以 300 m/s² 减速——一次相当普通的正面碰撞,略高于自由落体加速度的三十倍——承受的力是 22500 牛顿。安全带、预紧器和固定点,全都是围绕这个数字设计的。
碰撞力为什么比重量大这么多
静止的乘员对座椅施加的力等于自己的体重,约 735 牛顿。同一位乘员在碰撞中要在极短的距离内以许多倍重力减速,而每一倍重力都把力成倍放大。溃缩区的全部意义,就是延长这段减速发生的距离,因为把同样的速度变化摊到更长的时间和距离上,会降低加速度,也一并降低力。
75 千克乘员下的 m/s² 转牛顿
每一行都按 75 千克的质量计算,这是一个常见的碰撞测试假人数字。换成别的乘员,把行里的数值乘以他的质量再除以七十五;上面的交互换算器可以直接接受任何质量,用千克、克或吨都行。
| 米每二次方秒 (m/s²) | 牛顿 (N) |
|---|---|
| 0.1 | 0.1 |
| 1 | 1 |
| 2 | 2 |
| 5 | 5 |
| 9.80665 | 9.80665 |
| 10 | 10 |
安全带为什么会伸长,而这为什么正是重点
一条完全不伸长的安全带会让乘员几乎瞬间停住,这意味着巨大的加速度和巨大的力。真实的安全带在载荷下会织出一点松弛,限力器则允许一小段织带受控地滑出。两者都在做和溃缩区同样的工作:把极短距离上的巨大力量,换成更长距离上较小的力。
拿重力当尺子
碰撞加速度通常以 g 的倍数给出,单位选择器提供标准重力正是为了这个。30 g 的减速度是 294 m/s²,此时 75 千克乘员承受的力是他体重的三十倍——约 22 千牛,这个数字可以直接拿去和固定件的强度比较。
常见问题
怎么把加速度换算成力?
把以米每二次方秒为单位的加速度乘以以千克为单位的质量。5 m/s² 的加速度作用在 2 千克上需要 10 牛顿。这个关系就是牛顿第二定律通常写成的样子:F = m·a。
30 g 的碰撞会给人施加多大的力?
大约是他体重的三十倍。对 75 千克的乘员来说约为 22 千牛,也就是 22500 牛顿。精确值取决于减速过程的具体形状,所以真实数字来自装了传感器的碰撞试验,而不是某一个单一数字。
溃缩区更长为什么能减小力?
因为同样的速度下降摊到更长距离上,需要更多时间,因而对应的加速度更低。在质量固定的情况下力与加速度成正比,所以降低加速度会以同样的比例降低力。
一个 g 等于 9.80665 m/s² 吗?
是的,那就是定义给出的标准值,选择器也把它作为一个单位提供。它是物体在地表附近自由落体时获得的加速度,也是描述碰撞载荷时天然的尺子。
英尺每二次方秒呢?
选择器里也提供它,用于从美国仪器上读到的数值。一英尺每二次方秒是 0.3048 m/s²,所以用它报出的数值换算成米每二次方秒会变小。